专利名称：高光效的聚光太阳能菲涅尔透镜的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种太阳能聚光透镜，是对公知公用的菲涅尔透镜的镜面结构进行改进的高光效的聚光太阳能菲涅尔透镜。
背景技术：
凸透镜是最早使用的一种太阳能聚光集热镜，随后发展起来的菲涅尔透镜，是将凸弧形面改为纵剖面呈左右对称的锯齿状结构的斜面与垂直面结合的波纹面，每一波纹均由斜面、纹顶、纹底和连接纹顶、纹底的垂直面组成，因加工机床的精度和刀具磨损等因素， 顶尖与底尖不可能加工成绝对的尖角，一般有R0. 02-R0. 05的圆弧。菲涅尔透锈分为环型菲涅尔和条型菲涅尔，可以制成圆镜或方镜，透镜的斜面为太阳光的折射面，该透镜比凸透镜节省了制作透镜的材料。但这种透镜的光效最高也只能达到85%，有一定局限性，从菲涅尔透镜纵剖面的锯齿状结构分析可知，该镜存在着三个折射光或反射光的无效区，一是每一波纹的纹顶，因存在R0. 02-0. 05圆弧，阳光不能折射到焦点，不能产生有效的折射光。二是每波纹的纹底，因同理，太阳光也不能产生有效的折射光。三是每一波纹的垂直面，理论上与太阳光的入射线平行，实际上还是存在一定偏差，就会有部分入射光线照射到垂直面上，其产生的折射光和反射光也不会聚到焦点上，成为一种无效光，上述三者制约着菲涅尔透镜的光效。菲涅尔透镜对太阳光入射角度要求高，若略有偏差，光效便急剧下降，因此有对菲涅尔透镜进行改进的必要。近年有些厂家在生产塑料质菲涅尔透镜时，为方便脱模，将垂直面改为外斜面，方便了脱模，但光效还不及原有的菲涅尔透镜，因这样更加大了垂直面的光效损失。经检索和市场调查，尚未发现有从改变镜面结构着手，提高菲涅尔透镜光效的资料报道和产品面市。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题是设计出一种高光效的聚光太阳能菲涅尔透镜。解决该技术问题采用的技术方案是本高光效的聚光太阳能菲涅尔透镜，其迎光面为水平的底面，背光面为左右对称的纵剖视呈锯齿状的波纹面，该波纹面的每一波纹由折射面、纹顶、纹底和纹顶、纹底的连接面组成，所说的连接面与底面的内夹角< 90°且向焦点或中心线倾斜的内斜面，纹底为窄形水平底。所说的波纹面为圆环形波纹面或条形波纹面，折射面为直线型面或抛物线型面。本实用新型的有益效果是将垂直面改为内斜面后，避免了纹顶、纹底和垂直面因不产生有效折射光造成的光效损失，提高了光效，减小了对光度偏差时光效的下降。降低了纹顶和纹底的加工精度要求，减小了模具和产品的加工难度，提高了模具使用寿命。
图1为环纹菲涅尔透镜结构示意图。图2为图1的俯视图。[0009]图3为条纹菲涅尔透镜结构示意图。图4为图3的俯视图。图5为本实用新型结构示意局剖图。图6为菲涅尔透镜纹顶和纹底光效损失示意图图7为菲涅尔透镜垂直面光效损失示意图图8为本发明内斜面倾斜规律示意图具体实施方法本实用新型下面结合实施例并参照附图作进一步详述图1-4显示了未经改进的菲涅尔透镜的基本结构，其底面为平面，是透镜的迎光面，其背光面是以中心点为圆心的圆环纹(图1、幻或以中心线为基准的条纹(图3、4)且均左右对称的波纹面，纵剖面呈对称的锯齿状。参见图6，入射光3照射到折射面1，折射光折向焦点。照射到纹顶10的入射光 4，因纹顶10存在R0. 02-0. 05的圆弧，产生的折射与反射光，不能成为折向焦点的有效光。 照射到纹底6的入射光5，因同样道理，也不能产生折向焦点有效折射光。再参见图5，将原菲涅尔透镜的垂直面14改为向中心倾斜的内斜面9后，增加了折射面1的宽度，无论入射光4正射还是小度偏射(< 2° )都不会超过最大入射偏差线11照射到纹顶10和内斜面 9上，避免了原菲涅尔透镜纹顶和垂直面的光效损失，再将纹底6改为窄形水平底即将纹底 6的R0. 02-0. 05弧面改为平面后，太阳光的入射光5照到该小平面后透射到内斜面9上，因反射角很小，便全反射到焦斑17中，成了有效光。经过如此改进，将原来制约菲涅尔透镜光效的纹顶、纹底和垂直面三方面的不利因素，作了向有利因素发展的改进，提高了光效。参见图8，需特别指出的是，无论环形还是条型菲涅尔透镜，其镜面上的波纹数超过3，每一条波纹内的内斜面与底面2相交的倾斜角Cli的角度随该纹底与中心光轴7的垂直距离增加而
减小，每个倾斜的角度Cli具体计算公式可采用反三函数推导出:d = 90°-arCtg(L/F)，
μ
其中Li为该纹底至中心光轴7的垂直距离，F为焦距。用有机玻璃、聚碳透明塑料PC制作菲涅尔透镜，会有车制加工的精度要求或有模压制作的脱模要求，有一定难度，如用硅胶作原料注橡成型，则脱模难度不大。
权利要求1.一种高光效的聚光太阳能菲涅尔透镜，其迎光面为水平的底面O)，背光面为左右对称的纵剖视呈锯齿状的波纹面，该波纹面的每一波纹由折射面(1)、纹顶(10)、纹底(6) 和纹顶、纹底的连接面组成，其特征是所说的连接面是与底面O)的交角<90°且向焦点或中心线倾斜的内斜面(9)，纹底(6)为窄形水平底。
2.如权利要求1所述的高光效的聚光太阳能菲涅尔透镜，其特征是所说的波纹面为圆环形波纹面或条形波纹面，所说的折射面为直线型面或抛物线型面。
专利摘要一种高光效的聚光太阳能菲涅尔透镜，其迎光面为水平的底面(2)，背光面为左右对称的纵剖视呈锯齿状的波纹面，该波纹面的每一波纹由折射面(1)、纹顶(10)、纹底(6)和纹顶、纹底的连接面组成，所说的连接面为与底面(2)的内交角＜90°且向焦点或中心线倾斜的内斜面(9)，纹底(6)为窄形水平底。本透镜用于太阳能转变为热能或电能的聚光，将菲涅尔透镜每条波纹内的垂直面改为内斜面，纹底(6)改为窄形水平底后，避免了原纹顶、纹底和垂直面因不会产生有效折射光造成的光效损失，减少了对光偏差时垂直面的光效损失，提高了光效。其次是将纹顶和纹底的精度要求降低后，减小了模具和产品的加工难度，提高了模具的使用寿命。
文档编号G02B3/08GK202159153SQ20112022078
公开日2012年3月7日 申请日期2011年6月24日 优先权日2011年6月24日
发明者佘晓峰 申请人:佘晓峰